Tierra y neutro son conductores de circuito que se utilizan en sistemas eléctricos de corriente alterna. El circuito de tierra está conectado a tierra y el circuito neutro generalmente está conectado a tierra. Como el punto de un neutral suministro eléctrico sistema está a menudo conectada a tierra tierra , tierra y neutro están estrechamente relacionados. Bajo ciertas condiciones, un conductor que se usa para conectarse a un sistema neutro también se usa para la conexión a tierra (puesta a tierra) de equipos y estructuras. La corriente transportada por un conductor de conexión a tierra puede provocar la aparición de voltajes objetables o peligrosos en los gabinetes de los equipos., por lo que la instalación de conductores de puesta a tierra y conductores neutros se define cuidadosamente en las regulaciones eléctricas. Cuando se utilice un conductor neutro también para conectar los gabinetes de equipos a tierra, se debe tener cuidado de que el conductor neutro nunca se eleve a un voltaje alto con respecto a la tierra local.
Definiciones
Tierra o tierra en un sistema de cableado eléctrico de red ( alimentación de CA ) es un conductor que proporciona una ruta de baja impedancia a la tierra para evitar que aparezcan voltajes peligrosos en el equipo (picos de alto voltaje). [ cita requerida ] Los términos tierra y tierra se utilizan como sinónimos en esta sección; La tierra es más común en el inglés norteamericano y la tierra es más común en el inglés británico. En condiciones normales, un conductor de puesta a tierra no transporta corriente. La conexión a tierra también es una ruta integral para el cableado doméstico porque hace que los disyuntores se disparen más rápidamente (es decir, GFI ), lo cual es más seguro. Para agregar nuevos terrenos se requiere un electricista calificado con conocimientos específicos de una región de distribución de energía.
El neutro es un conductor de circuito que normalmente completa el circuito de regreso a la fuente. El neutro generalmente está conectado a tierra (tierra) en el panel eléctrico principal, la caída de la calle o el medidor, y también en el transformador reductor final del suministro. Eso es para instalaciones simples de un solo panel; para paneles múltiples, la situación es más compleja. En un sistema de CA polifásico (generalmente trifásico) , el conductor neutro está diseñado para tener voltajes similares a cada uno de los otros conductores del circuito, pero puede transportar muy poca corriente si las fases están equilibradas.
Todos los cables neutros del mismo sistema eléctrico con conexión a tierra (con conexión a tierra) deben tener el mismo potencial eléctrico, porque todos están conectados a través de la tierra del sistema. Los conductores neutros suelen estar aislados para el mismo voltaje que los conductores de línea, con interesantes excepciones. [1]
Circuitería
Los cables neutros generalmente se conectan a un bus neutro dentro de tableros o tableros de distribución, y están "unidos" a tierra en la entrada del servicio eléctrico o en los transformadores dentro del sistema. Para instalaciones eléctricas con servicio de fase dividida ( monofásico de tres cables), el punto neutro del sistema está en la toma central en el lado secundario del transformador de servicio. Para instalaciones eléctricas más grandes, como aquellas con servicio polifásico , el punto neutro generalmente está en la conexión común en el lado secundario de los transformadores conectados en triángulo / estrella . Otras disposiciones de transformadores polifásicos pueden resultar en ningún punto neutro y sin conductores neutros.
Sistemas de puesta a tierra
La norma IEC ( IEC 60364 ) codifica los métodos de instalación de conductores neutros y de tierra en un edificio, donde estos sistemas de puesta a tierra se designan con símbolos de letras. Los símbolos de las letras son comunes en los países que utilizan estándares IEC, pero las prácticas norteamericanas rara vez se refieren a los símbolos IEC. Las diferencias son que los conductores pueden estar separados en todo su recorrido desde el equipo hasta la toma de tierra, o pueden combinarse toda o parte de su longitud. Se utilizan diferentes sistemas para minimizar la diferencia de voltaje entre el neutro y la tierra local. La corriente que fluye en un conductor de conexión a tierra producirá una caída de voltaje a lo largo del conductor, y los sistemas de conexión a tierra buscan garantizar que este voltaje no alcance niveles inseguros.
En el sistema TN-S, se instalan conductores de tierra de protección y neutros separados entre el equipo y la fuente de suministro (generador o transformador de la red eléctrica). Las corrientes normales del circuito fluyen solo en el neutro y el conductor de tierra de protección une todas las cajas del equipo a tierra para interceptar cualquier fuga de corriente debido a una falla del aislamiento. El conductor neutro está conectado a tierra en el punto de suministro del edificio, pero no existe una ruta común a tierra para la corriente del circuito y el conductor de protección.
En el sistema TN-C, un conductor común proporciona la conexión a tierra neutra y protectora. El conductor neutro está conectado a tierra en el punto de suministro y las cajas del equipo están conectadas al neutro. Existe el peligro de que una conexión neutra rota permita que todas las cajas del equipo se eleven a un voltaje peligroso si existe alguna fuga o falla de aislamiento en cualquier equipo. Esto se puede mitigar con cables especiales, pero el costo es mayor.
En el sistema TN-CS, cada equipo eléctrico tiene una conexión a tierra de protección en su caja y una conexión neutra. Todos estos se devuelven a algún punto común en el sistema de construcción, y luego se realiza una conexión común desde ese punto hasta la fuente de suministro y la tierra.
En un sistema TT, no se utiliza un conductor de tierra de protección común largo, en su lugar, cada artículo de equipo eléctrico (o sistema de distribución del edificio) tiene su propia conexión a tierra.
Según CEAR indio , Regla 41, el sistema de puesta a tierra a seguir:
- El conductor neutro de un sistema trifásico de 4 hilos y el conductor medio de un sistema bifásico de 3 hilos deben tener un mínimo de dos conexiones a tierra separadas y distintas con un mínimo de dos electrodos de tierra diferentes para tener la resistencia de tierra a un valor satisfactorio.
- Los electrodos de tierra deben estar interconectados para reducir la resistencia de tierra.
- El conductor neutro también debe estar conectado a tierra en uno o más puntos a lo largo del sistema de distribución o la línea de servicio, además de cualquier conexión en el extremo del usuario.
Combinando neutral con tierra
Los voltajes parásitos creados en los conductores de puesta a tierra (puesta a tierra) por las corrientes que fluyen en los conductores neutrales de la red de suministro pueden ser problemáticos. Por ejemplo, pueden ser necesarias medidas especiales en los establos utilizados para ordeñar ganado lechero. Voltajes muy pequeños, que generalmente no son perceptibles para los humanos, pueden causar baja producción de leche o incluso mastitis (inflamación de la ubre). [2] Los denominados "filtros de tensión de hormigueo" pueden ser necesarios en el sistema de distribución eléctrica de una sala de ordeño.
La conexión del neutro a la caja del equipo proporciona cierta protección contra fallas, pero puede producir un voltaje peligroso en la caja si se rompe la conexión del neutro.
Los conductores neutros y de tierra combinados se utilizan comúnmente en el cableado de las empresas de suministro de electricidad y, ocasionalmente, para el cableado fijo en edificios y para algunas aplicaciones especializadas donde hay pocas alternativas, como ferrocarriles y tranvías . Dado que las corrientes normales del circuito en el conductor neutro pueden dar lugar a diferencias objetables o peligrosas entre el potencial de tierra local y el neutro, y para proteger contra roturas del neutro, se deben tomar precauciones especiales como la conexión frecuente de varillas a tierra (múltiples conexiones de varilla de tierra), el uso de cables el neutro y la tierra combinados rodean completamente los conductores de fase, y se debe considerar una conexión equipotencial más gruesa de lo normal para garantizar que el sistema sea seguro.
Aparatos fijos en circuitos de tres hilos.
En los Estados Unidos, las cajas de algunas estufas de cocina ( estufas , hornos), encimeras , secadoras de ropa y otros electrodomésticos específicamente enumerados se conectaron a tierra a través de sus cables neutrales como una medida para conservar el cobre de los cables de cobre durante la Segunda Guerra Mundial . Esta práctica se eliminó del NEC en la edición de 1996, pero las instalaciones existentes (llamadas "trabajo antiguo") aún pueden permitir que las cajas de dichos aparatos enumerados se conecten al conductor neutro para la conexión a tierra. (Canadá no adoptó este sistema y en su lugar durante este tiempo y en el presente utiliza cables neutros y de tierra separados).
Esta práctica surgió del sistema de tres cables utilizado para suministrar cargas de 120 y 240 voltios. Debido a que estos electrodomésticos enumerados a menudo tienen componentes que usan 120 o 120 y 240 voltios, a menudo hay algo de corriente en el cable neutro. Esto difiere del cable de conexión a tierra de protección, que solo transporta corriente en condiciones de falla. El uso del conductor neutro para conectar a tierra el gabinete del equipo se consideró seguro ya que los dispositivos estaban conectados permanentemente al suministro y, por lo tanto, era poco probable que el neutro se rompiera sin romper también ambos conductores de suministro. Además, la corriente desequilibrada debida a las lámparas y los pequeños motores de los electrodomésticos era pequeña en comparación con la clasificación de los conductores y, por lo tanto, era poco probable que causara una gran caída de voltaje en el conductor neutro.
Aparatos portátiles
En la práctica de América del Norte y Europa, se permite, bajo ciertas condiciones, que los equipos portátiles pequeños conectados por un juego de cables tengan simplemente dos conductores en el enchufe de conexión. Se puede usar un enchufe polarizado para mantener la identidad del conductor neutro en el aparato, pero el neutro nunca se usa como tierra del chasis / caja. Los pequeños cables a las lámparas, etc., a menudo tienen uno o más rebordes moldeados o cuerdas incrustadas para identificar el conductor neutro, o pueden identificarse por el color. Los aparatos portátiles nunca utilizan el conductor neutro para la conexión a tierra de la carcasa y, a menudo, tienen una construcción de " doble aislamiento ".
En lugares donde el diseño del enchufe y la toma no puede garantizar que un conductor neutro del sistema esté conectado a terminales particulares del dispositivo (enchufes "no polarizados"), los aparatos portátiles deben diseñarse asumiendo que cualquiera de los polos de cada circuito puede alcanzar la línea principal completa. Voltaje con respecto al suelo.
Equipo tecnico
En la práctica de América del Norte, el equipo conectado por un juego de cables debe tener tres cables si se alimenta exclusivamente con 240 voltios, o debe tener cuatro cables (incluido el neutro y tierra), si se suministra con 120/240 voltios.
Existen disposiciones especiales en el NEC para los llamados equipos técnicos, principalmente equipos de audio y video de calidad profesional suministrados por los llamados circuitos "balanceados" de 120 voltios. La toma central de un transformador está conectada a tierra y el equipo es alimentado por dos cables de línea, cada uno de 60 voltios a tierra (y 120 voltios entre conductores de línea). La toma central no se distribuye al equipo y no se utiliza conductor neutro. Estos casos generalmente utilizan un conductor de conexión a tierra que está separado del conductor de conexión a tierra de seguridad específicamente con el propósito de reducir el ruido y el "zumbido".
Otro sistema de distribución especializado se especificó anteriormente en las áreas de atención al paciente de los hospitales. Se suministró un sistema de alimentación aislado, a partir de un transformador de aislamiento especial, con la intención de minimizar cualquier fuga de corriente que pudiera pasar a través de equipos conectados directamente a un paciente (por ejemplo, un electrocardiógrafo para monitorización del corazón). El neutro del circuito no estaba conectado a tierra. La corriente de fuga se debió a la capacitancia distribuida del cableado y la capacitancia del transformador de suministro. [3] Dichos sistemas de distribución fueron monitoreados por instrumentos instalados permanentemente para dar una alarma cuando se detectó una alta corriente de fuga.
Un neutro compartido es una conexión en la que varios circuitos utilizan la misma conexión neutra. Esto también se conoce como un neutro común , y los circuitos y el neutro juntos a veces se denominan circuito Edison .
Circuitos trifásicos
En un circuito trifásico, se comparte un neutro entre las tres fases. Comúnmente, el neutro del sistema está conectado al punto de estrella en el transformador de alimentación. Esta es la razón por la que el lado secundario de la mayoría de los transformadores de distribución trifásicos está enrollado en estrella o estrella. Los transformadores trifásicos y sus neutros asociados se encuentran generalmente en entornos de distribución industrial.
Un sistema podría hacerse completamente sin conexión a tierra. En este caso, una falla entre una fase y tierra no causaría ninguna corriente significativa. De hecho, este no es un buen plan. Comúnmente, el neutro está conectado a tierra (a tierra) a través de un enlace entre la barra neutra y la barra de tierra. Es común en sistemas más grandes monitorear cualquier corriente que fluya a través del enlace de neutro a tierra y usar esto como base para la protección de fallas de neutro.
La conexión entre el neutro y la tierra permite que cualquier falla de fase a tierra desarrolle suficiente flujo de corriente para "disparar" el dispositivo de protección contra sobrecorriente del circuito. En algunas jurisdicciones, se requieren cálculos para garantizar que la impedancia del bucle de falla sea lo suficientemente baja como para que la corriente de falla dispare la protección (en Australia, esto se menciona en AS3000: 2007 Cálculo de impedancia de bucle de falla). Esto puede limitar la longitud de un circuito derivado.
En el caso de dos fases que comparten un neutro, el consumo de corriente en el peor de los casos es que un lado tiene carga cero y el otro tiene carga completa, o cuando ambos lados tienen carga completa. El último caso da como resultado 1 + 1 @ 120deg = 1 @ 60deg, es decir, la magnitud de la corriente en el neutro es igual a la de los otros dos cables.
En un circuito lineal trifásico con tres cargas resistivas o reactivas idénticas, el neutro no transporta corriente. El neutro transporta corriente si las cargas en cada fase no son idénticas. En algunas jurisdicciones, se permite reducir el tamaño del neutro si no se espera un flujo de corriente desequilibrado. Si el neutro es más pequeño que los conductores de fase, puede sobrecargarse si se produce una gran carga desequilibrada.
La corriente consumida por cargas no lineales, como la iluminación fluorescente y HID y los equipos electrónicos que contienen fuentes de alimentación conmutadas, a menudo contiene armónicos . Las corrientes armónicas triples (múltiplos impares del tercer armónico) son aditivas, lo que da como resultado más corriente en el conductor neutro compartido que en cualquiera de los conductores de fase. En el peor de los casos, la corriente en el conductor neutro compartido puede ser el triple que en cada conductor de fase. Algunas jurisdicciones prohíben el uso de conductores neutros compartidos cuando se alimentan cargas monofásicas desde una fuente trifásica; otros requieren que el conductor neutro sea sustancialmente más grande que los conductores de fase. Es una buena práctica utilizar interruptores automáticos de cuatro polos (a diferencia del tripolar estándar) donde el cuarto polo es la fase neutra y, por lo tanto, está protegido contra sobrecorriente en el conductor neutro.
Fase dividida
En el cableado de fase dividida, por ejemplo, un receptáculo dúplex en una cocina norteamericana, los dispositivos pueden conectarse con un cable que tenga tres conductores, además de tierra. Los tres conductores suelen ser de color rojo, negro y blanco. El blanco sirve como un neutro común, mientras que el rojo y el negro alimentan, por separado, los lados calientes superior e inferior del receptáculo. Normalmente, estos receptáculos se alimentan de dos disyuntores en los que las manijas de dos polos se unen para un disparo común. Si se utilizan dos electrodomésticos grandes a la vez, la corriente pasa a través de ambos y el neutro solo lleva la diferencia de corriente. La ventaja es que solo se requieren tres cables para atender estas cargas, en lugar de cuatro. Si un aparato de cocina sobrecarga el circuito, el otro lado del receptáculo dúplex también se apagará. A esto se le llama circuito derivado de cables múltiples . Se requiere un disparo común cuando la carga conectada usa más de una fase simultáneamente. El disparo común evita la sobrecarga del neutro compartido si un dispositivo consume más corriente que la nominal.
Problemas de puesta a tierra
Una conexión a tierra que falta o tiene una capacidad inadecuada puede no proporcionar las funciones de protección previstas durante una falla en el equipo conectado. Las conexiones adicionales entre tierra y neutro del circuito pueden resultar en corriente circulante en la ruta de tierra, corriente parásita introducida en la tierra o en una estructura y voltaje parásito . [ cita requerida ] Las conexiones a tierra adicionales en un conductor neutro pueden desviar la protección proporcionada por un interruptor de circuito por falla a tierra. Los circuitos de señal que dependen de una conexión a tierra no funcionarán o tendrán una función errática si falta la conexión a tierra.
Ver también
- Clases de electrodomésticos
- Enlace electrico
- Cableado eléctrico
- Cableado eléctrico (Reino Unido)
- Cableado eléctrico (Estados Unidos)
- Disposiciones de puesta a tierra
- Tierra (electricidad)
Referencias
- ^ Por ejemplo, en la práctica norteamericana, un cable de entrada de servicio aéreo tiene dos conductores aislados que están enrollados y sostenidos por el conductor neutro desnudo.
- ^ Thomas J. Divers, Simon Francis Peek (ed), Enfermedades de Rebhun del ganado lechero , Ciencias de la salud de Elsevier, 2008, ISBN 1-4160-3137-5 pp. 389-390
- ^ Leslie A. Geddes Manual de accidentes y peligros eléctricos , CRC Press, 1995 ISBN 0849394317 , págs. 90-91
Otras lecturas
- Rick Gilmour y col. , editor, Canadian Electrical Code Part I, decimonovena edición, C22.1-02 Norma de seguridad para instalaciones eléctricas , Canadian Standards Association, Toronto, Ontario, Canadá (2002) ISBN 1-55324-690-X
- NFPA 70, Código Eléctrico Nacional 2002 , Asociación Nacional de Protección contra Incendios, Inc., Quincy, Massachusetts EE. UU., (2002). sin ISBN
- Regulaciones de cableado de IEE Regulaciones para instalaciones eléctricas Decimoquinta edición 1981 , Institución de ingenieros eléctricos, (1981) Hitchin, Herts. Reino Unido
- Capítulo de seguridad eléctrica dellibro y la serie Lessons In Electric Circuits Vol 1 DC .
- LOS CIRCUITOS DE EDISON PRESENTAN PELIGRO PARA LA SEGURIDAD
- La guía completa para el cableado doméstico (enlace muerto pero múltiples fuentes a través de la búsqueda de Google)
- Cableado residencial avanzado